Et nyskapende Running Wheel-basert mekanisme for Forbedret Rat Trening Resultater

Summary

Denne studien presenterer en innovativ løpehjul-baserte dyr mobilitet system for å kvantifisere en effektiv øvelse aktivitet i rotter. En rotte-vennlig teststed er bygget ved hjelp av en forhåndsdefinert adaptiv akselerasjon kurve, og en høy korrelasjon mellom en effektiv gjennomføring rente og infarktvolum tyder protokollen potensial for hjerneslag forebygging eksperimenter.

Abstract

Denne studien viser et dyr mobilitetssystem, som er utstyrt med et posisjoneringsløpehjul (PRW), som en måte for å kvantifisere effekten av en øvelse aktivitet for å redusere alvorlighetsgraden av virkningene av slag hos rotter. Dette systemet gir mer effektiv dyr trening enn kommersielt tilgjengelige systemer som tredemøller og motoriserte løpehjulene (MRWs). I motsetning til en MRW som bare kan oppnå hastigheter under 20 m / min, rottene lov til å kjøre på en stabil hastighet på 30 m / min på en mer romslig og høy tetthet gummi løpebane støttet av en 15 cm bred akryl hjul med en diameter på 55 cm i dette arbeidet. Ved hjelp av en forhåndsdefinert adaptiv akselerasjonskurve, at systemet ikke bare reduserer operatørfeil, men også tog rottene å kjøre vedvarende inntil et spesifisert intensitet er nådd. Som en måte å evaluere øvelsen effektivitet, er sanntids stilling til en rotte oppdaget av fire par infrarøde sensorer utplassert på løpehjulet. Når enadaptive akselerasjonskurve blir initiert ved hjelp av en mikrokontroller, de data som oppnås ved de infrarøde sensorer blir automatisk registrert og analysert i en datamaskin. For sammenligningens skyld, er tre ukers trening utført på rotter ved hjelp av en tredemølle, en MRW og en PRW. Etter kirurgisk indusere midten cerebral arterie okklusjon (MCAO), ble endret nevrologiske alvorlighetsgrad score (mNSS) og en skråning test utført for å vurdere nevrologiske skader på rotter. PRW er eksperimentelt bekreftet som den mest effektive blant slike dyr mobilitetssystemer. Videre er en øvelse effektivitet mål, basert på rotte stilling analyse, viste at det er en høy negativ korrelasjon mellom effektiv mosjon og infarktvolum, og kan bli anvendt for å kvantifisere en rotte trening i alle typer av hjerneskader reduksjonseksperimenter.

Introduction

Strokes eksisterer kontinuerlig som en økonomisk byrde for land globalt, slik utallige pasienter fysisk og psykisk utviklingshemmede ^{1, 2.} Det er kliniske bevis som tyder på at regelmessig trening kan forbedre nerve regenerering og styrke nerveforbindelser ^{3, 4,} og det er også vist at trening kan redusere risikoen for å lide iskemisk slag ^5. Med enten en tredemølle eller en løpehjul som en trening system, gnagere, slik som rotter, fungere som en proxy for mennesker for å teste effektiviteten av øvelsene i et stort flertall av kliniske forsøk ^{6 – 8.} Et treningssystem innebærer normalt opplæring en rotte i løpet av en viss tid, hvorunder en rotte går med en viss hastighet. Derfor er treningsintensiteten generelt beregnet etter øvelsen hastighet og varighet ^6-8. Den samme metode anvendes for åanslå treningsmengden som kreves for nevrofysiologiske beskyttelse. Imidlertid er de eksperimentelle øvelser noen ganger funnet å være ineffektiv, for eksempel når en rotte snubler, faller, eller griper skinnene når de ikke klarer å fange opp med løpehjulhastighet ^9-11. Unødvendig å si, tilfeller av ineffektiv trening redusere øvelsen fordel. Selv om det ikke er noe universelt akseptert tilnærming for tiden å kvantifisere de effektive øvelsene for å redusere hjerneskade, nivået av effektive øvelser fortsatt står som en objektiv vurdering for kliniske forskere for å illustrere fordelene ved trening i disiplinen nevrofysiologi.

Det finnes en rekke begrensninger på kommersielt tilgjengelige dyre mobilitet systemer som brukes i dagens hjerneskade reduksjon eksperimenter ^12. I en tredemølle tilfelle blir rottene tvunget til å kjøre ved hjelp av elektriske støt, for å indusere psykologisk enormstress på dyrene og derved forstyrrelser i det endelige nevrofysiologisk testresultatene ^{8, 13, 14.} Antall hjul kan kategoriseres i to typer, nemlig frivillig og tvang. Frivillige løpehjulene tillate rotter å løpe naturlig, skape overdreven variasjon på grunn av forskjeller i rottenes fysiske egenskaper og evner ^15, mens motoriserte kjører hjul (MRWs) ansette en motor for å slå hjul, tvinger rotter til å kjøre. Til tross for også å være en form for tvungen trening, pålegger MRWs mindre psykologisk stress på rotter enn tredemøller ^{13, 16, 17.} Imidlertid har eksperimenter med MRWs rapportert at rotter noen ganger avbryte øvelsen ved å ta tak skinnene på hjulet sporet og nekter å kjøre i hastigheter på over 20 m / min ^9. Disse eksemplene viser at dyret mobilitet systemer som er tilgjengelige har en iboende ulempe som hemmer effektiv trening. Tilobjektiv rotte opplæringsformål, er utviklingen av en svært effektiv treningssystem, men med lav innblanding derfor sett på som et presserende problem for nevrofysiologiske trening eksperimenter.

Denne studien viser en meget effektiv løpehjulsystem for forsøk på å redusere alvorligheten av effekter av slag ^11. I tillegg til et redusert antall interferens-forhold i løpet av en treningsprosessen, detekterer dette systemet kjøreposisjonen til en rotte ved hjelp av infrarøde sensorer innebygd i hjulet, for derved å oppnå en mer pålitelig estimat av effektiv mosjon aktivitet. Psykologisk stress pålagt av tradisjonelle tredemøller og hyppige trenings avbrudd i MRWs både skew objektivitet de resulterende trening estimater. En posisjoneringsløpehjul (PRW) system som presenteres i denne undersøkelse er utviklet i et forsøk på å minimalisere uønskede forstyrrelser samtidig som den gir en pålitelig trenings modell for å kvantifisere effektiv exercise.

Protocol

Etikk Uttalelse: De eksperimentelle prosedyrer ble godkjent av dyreetiske komité for Southern Taiwan University of Science and Technology Laboratory Animal Center, National Science Council, Republikken Kina (Tainan, Taiwan). 1. Konstruere Running Wheel Structure MERK: All akryl skal være gjennomsiktig. Vask det demonterte hjulet med vann, og deretter bruke alkohol for å tørke av gummibelter og akrylplater etter hver bruk. Oppnå en akryl lø…

Representative Results

Denne delen er viet til sammenligninger, gjorde en uke etter operasjonen, på mNSS score, skråplan testresultater og hjerneinfarktvolum blant fem grupper. 4A og 4B presentere gjennomsnittlig mNSS score og gjennomsnittet av skråplan testresultater, henholdsvis. Den PRW gruppen fremstår som den beste når det gjelder mNSS forbedring. De betydelige forskjeller mellom PRW og MRW og mellom tredemølle og PRW tyder klart på at PRW beskytter mot slag mer ef…

Discussion

Denne protokollen beskriver en meget effektiv løpehjulsystem for å redusere alvorlighetsgraden av virkningene av slag hos dyr. Som et rotte-vennlig teststed, er denne plattformen utformet også på en slik måte at en stabil driftshastighet kan opprettholdes ved rotter gjennom en kjørende prosess ved hjelp av en forhåndsbestemt tilpasningsakselerasjonskurve. I typiske opplæringssystemer, er forhåndsinnstilte trenings hastigheter og varighet settes manuelt. Når en øvelse starter, er en forhåndsinnstilt hastighet…

Materials

Brushless DC motor	Oriental Motor	BLEM512-GFS
Motor driver	Oriental Motor	BLED12A
Motor reducer	Oriental Motor	GFS5G20
Speedometer	Oriental Motor	OPX-2A
Treadmill	Columbus Instruments	Exer-6M
Infrared transmitter	Seeed Studio	TSAL6200
Infrared Receiver	Seeed Studio	TSOP382
Microcontroller	Silicon Labs	C8051F330
CCD camera	Canon Inc.	EOS 450D
Image processing software	Adobe Systems Incorporated	ADOBE Photoshop CS5 12.0
Image analysis	Media Cybernetics	Pro Plus 4.50.29
Sodium pentobarbital	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	SIGMA P-3761
Ketamine	Pfizer (Kent, UK)	1867-66-9
Atropine	Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan)	A03BA01
Xylazine	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	SIGMA X1126
Buprenorphine	Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)	B9275
Anesthesia	Sigma Chemical